爱威尔-java并发编程学习整理-高效并发理论知识点总结

Java的高并发应该是在jdk1.4,1.5开始的，比核心还是IO的多路复用技术或者是IO的异步处理技术，我想现在已经铺天盖地的可以找到这些资料。 
 在往深处追究就是操作系统层面的封装才使得各种语言的高效，我之前也写过几篇文章啰嗦好多次了，语言层面的高性能离不开底层技术的发展和支持（封装）。 
 慢慢来吧，你越了解底层的东西你越在语言层面上得心应手。 
 
<h1> 高效并发 </h1> 
   
 n Java内存模型 
 JVM规范定义了一种Java内存模型，用来屏蔽各种硬件和操作系统对内存访问的差异。形如 
<img src="97/20180423101624_697.png" alt=""> 
 
 
 
 1：所有变量（共享的）都存储在主内存中，每个线程都有自己的工作内存 
 2：工作内存中保存该线程使用到的变量的主内存副本拷贝 
 3：线程对变量的所有操作都应该在工作内存中完成 
 4：不同线程不能相互访问工作内存，交互数据要通过主内存 
<img src="97/20180423101703_526.png" alt=""> 
 
 
 n 内存间交互操作 
 Java内存模型规定了如下操作来实现内存间交互，JVM会保证它们是原子的。 
 1：lock：锁定，把变量标识为线程独占，作用于主内存变量 
 2：read：读取，把变量值从主内存读取到工作内存 
 3：load：载入，把read独取到的值放入工作内存的变量副本中 
 4：use：使用，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎 
 5：assign：赋值，把从执行引擎接收到的值赋给工作内存里面的变量 
 6：store：存储，把工作内存中一个变量的值传递到主内存中 
 7：write：写入，把store进来的数据存放如主内存的变量中 
 8：unlock：解锁，把锁定的变量释放，别的线程才能使用，作用于主内存变量 
 n 内存间交互操作的规则 
 1：不允许read和load、store和write操作之一单独出现，以上两个操作必须按顺序执行，但 
 没有保证必须连续执行，也就是说，read与load之间、store与write之间是可插入其他指 
 令的。 
 2：不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变 
 化同步回主内存。 
 3：不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回 
 主内存中。 
 4：一个新的变量只能从主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化 
 （load或assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执 
 行过了assign和load操作。 
 5：一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其执行lock操作，但lock操作可以被同一个条线 
 程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。 
 6：如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变 
 量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。 
 7：如果一个变量实现没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作，也不允许去 
 unlock一个被其他线程锁定的变量。 
 8：对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存（执行store和write操 
 作）。 
 我想这个过程你知道的不多，现在网上的文章涉及到这个层面的不多，反正我看到的的几乎没有。 
 
 
 n 多线程中的可见性 
 所谓可见性，就是一个线程修改了变量，其他线程可以知道。 
 1：保证可见性的常见方法 
 volatile 
 synchronized （unlock之前，写变量值回主存） 
 final(一旦初始化完成，其他线程就可见) 
 n volatile 
 volatile基本上是JVM提供的最轻量级的同步机制。 
 1：用volatile修饰的变量，对所有的线程可见，即对volatile变量所做的写操作能立即反映 
 到其它线程中。 
 2：用volatile修饰的变量，在多线程环境下仍然是不安全的 
 3：适合使用valatile的场景： 
 （1）运算结果不依赖变量的当前值 
 （2）或者能确保只有一个线程修改变量的值 
 （3）变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束 
 4：volatile修饰的变量，是禁止指令重排优化的 给出一个例子说说volatile在多线程下的不安全性，大家用起来还是要注意的： 
 
 
<pre class="prettyprint lang-java">package weir.thread;

public class T1 {

private volatile int t;
	public synchronized void num() {
		t++;
	}
	public int getNum() {
		return t;
	}
}

package weir.thread;

public class TRun implements Runnable {
	private T1 t;
	private String name;

public TRun(T1 t1, String name1) {
		t = t1;
		name = name1;
	}

@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			t.num();
		}
	}

}

package weir.thread;

public class VoT1 {

public static void main(String[] args) throws Exception {
		T1 t = new T1();
		
		Thread thread1 = new Thread(new TRun(t, "w111"));
		Thread thread2 = new Thread(new TRun(t, "w222"));
		thread1.start();
		thread2.start();
		thread1.join();
		thread2.join();
		System.out.println(t.getNum());
	}
}
</pre> 大家一运行就知道了，private volatile int t;
 public synchronized void num() {
 t++;
 } 
 
 synchronized 把它去掉那就是错误的结果 
 
 
 n 指令重排 
 指的是JVM为了优化，在条件允许的情况下，对指令进行一定的重新排列，直接运行当前能够立即执行 
 的后续指令，避开获取下一条指令所需数据造成的等待。 
 1：线程内串行语义，不考虑多线程间的语义 
 2：不是所有的指令都能重拍，比如： 
 写后读a = 1;b = a; 写一个变量之后，再读这个位置 
 写后写a = 1;a = 2; 写一个变量之后，再写这个变量 
 读后写a = b;b = 1; 读一个变量之后，再写这个变量 
 以上语句不可重排，但是a=1;b=2;是可以重排的 
 n 指令重排的基本原则 
 1：程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性 
 2：volatile规则：volatile变量的写，先发生于读 
 3：锁规则：解锁(unlock)必然发生在随后的加锁(lock)前 
 4：传递性：A先于B，B先于C 那么A必然先于C 
 5：线程的start方法先于它的每一个动作 
 6：线程的所有操作先于线程的终结（Thread.join()） 
 7：线程的中断（interrupt()）先于被中断线程的代码 
 8：对象的构造函数执行结束先于finalize()方法 
   
 n 多线程中的有序性 
 在本线程内，操作都是有序的 
 在线程外观察，操作都是无序的，因为存在指令重排或主内存同步延时 
 n Java线程安全的处理方法 
 1：不可变是线程安全的 
 2：互斥同步（阻塞同步）：synchronized、java.util.concurrent.ReentrantLock。目前这 
 两个方法性能已经差不多了，建议优先选用synchronized，ReentrantLock增加了如下特 
 性： 
 （1）等待可中断：当持有锁的线程长时间不释放锁，正在等待的线程可以选择放弃等待 
 （2）公平锁：多个线程等待同一个锁时，须严格按照申请锁的时间顺序来获得锁 
 （3）锁绑定多个条件：一个ReentrantLock对象可以绑定多个condition对象，而 
 synchronized是针对一个条件的，如果要多个，就得有多个锁。 
 3：非阻塞同步：是一种基于冲突检查的乐观锁定策略，通常是先操作，如果没有冲突，操作 
 就成功了，有冲突再采取其它方式进行补偿处理。 
 4：无同步方案：其实就是在多线程中，方法并不涉及共享数据，自然也就无需同步了。 
 n 锁优化之自旋锁与自适应自旋 
 1：自旋：如果线程可以很快获得锁，那么可以不在OS层挂起线程，而是让线程做几个忙循 
 环，这就是自旋。 
 2：自适应自旋：自旋的时间不再固定，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间和锁的拥有者 
 状态来决定。 
 3：JDK1.7以上已经是内置实现，默认开启 
 4：如果锁被占用时间很短，自旋成功，那么能节省线程挂起、以及切换时间，从而提升系统 
 性能 
 5：如果锁被占用时间很长，自旋失败，会白白耗费处理器资源，降低系统性能 
 n 锁优化之锁消除 
 在编译代码的时候，检测到根本不存在共享数据竞争，自然也就无需同步加锁了。 
 1：通过-XX:+EliminateLocks来开启 
 2：同时要使用-XX:+DoEscapeAnalysis开启逃逸分析，所谓逃逸分析： 
 （1）如果一个方法中定义的一个对象，可能被外部方法引用，称为方法逃逸 
 （2）如果对象可能被其它外部线程访问，称为线程逃逸，比如赋值给类变量或者可以在其它 
 线程中访问的实例变量 
   
 n 锁优化之锁粗化 
 通常我们都要求同步块要小，但一系列连续的操作导致对一个对象反复的加锁和解锁，这会导致 
 不必要的性能损耗。这种情况建议把锁同步的范围加大到整个操作序列 
 n 锁优化之轻量级锁 
 轻量级是相对于传统锁机制而言，其本意是没有多线程竞争的情况下，减少传统锁机制使用OS实 
 现互斥所产生的性能损耗。 
 1：其实现原理很简单，就是类似乐观锁的方式 
 2：如果轻量级锁失败，表示存在竞争，升级为重量级锁，导致性能下降 
 n 锁优化之偏向锁 
 偏向锁是在无竞争情况下，直接把整个同步消除了，连乐观锁都不用，从而提高性能。 
 1：所谓的偏向，就是偏心，即锁会偏向于当前已经占有锁的线程 
 2：只要没有竞争，获得偏向锁的线程，在将来进入同步块，也不需要做同步 
 3：当有其它线程请求相同的锁时，偏向模式结束 
 4：如果程序中大多数锁总是被多个线程访问的时候，也就是竞争比较激烈，偏向锁反而会降低性能 
 5：使用-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁，默认是开启的 
 6：使用-XX:BiasedLockingStartupDelay来设置JVM启动后多长时间启动偏向锁 
   
 n JVM中获取锁的步骤 
 1：会先尝试偏向锁 
 2：然后尝试轻量级锁 
 3：再然后尝试自旋锁 
 4：最后尝试普通锁，使用OS互斥量在操作系统层挂起 
 n 同步代码的基本规则 
 1：尽量减少锁持有的时间 
 2：尽量减小锁的粒度 
 
 这些就先总结到这里，以后学习API会慢慢用到这些。